Naujasis dviejų režimų lazeris tame pačiame įrenginyje gamina nepriklausomas AM ir FM šukas

Neseniai Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje (UCSB) mokslininkų komanda, vadovaujama Johno Bowerso, paskelbė, kad sukūrė kvantinio taško (QD) režimu blokuotą lazerį, galintį savarankiškai generuoti amplitudės moduliaciją (AM) ir dažnio moduliavimo (FM) šukos tame pačiame įrenginyje. Ateityje tokie plačiajuosčiai dviejų režimų lazeriai galėtų užtikrinti kompaktiškas, energiją taupančias dažnio šukas silicio PIC duomenų centruose ir kitose programose.
Tyrėjai teigia, kad kvantinio taško (QD) platforma leidžia aukščiau minėtų įrenginių pralaidumui konkuruoti su geriausiais iki šiol atskleistais QD režimu užrakintais lazeriais. Tiek AM, tiek FM impulsų pločiai, generuojami UCSB įrenginiuose, atitinka naujausius QD režimu fiksuojamų lazerių techninius reikalavimus.
Nors optinio dažnio šukos yra plačiai naudojamos nuotolinio aptikimo, spektroskopijos ir optinio ryšio srityse, AM dažnio šukų perduodami optiniai impulsai nėra palankūs tankaus bangos ilgio padalijimo tankinimo (DWDM) sistemoms. Šiose sistemose naudojama daug mikrožiedinių moduliatorių, o didelė momentinė optinio impulso galia sukuria stiprius šiluminius netiesiškumus.
Kita vertus, Kalifornijos universiteto Santa Barbaroje (UCSB) mokslininkų teigimu, plačiajuosčio optinio dažnio šukų formavimas priklauso nuo kruopštaus bangolaidžio grupės greičio dispersijos (GVD) projektavimo.
Tai iššūkis platformoms, kuriose grupės greičio dispersiją (GVD) lemia medžiaga. Todėl turi būti pagerintas optinio dažnio šukų sistemos dydis, svoris, energijos suvartojimas ir kaina (SWaP-C), kad padidėtų jų naudojimo pramonėje tikimybė.
Tyrėjai panaudojo susidūrimo impulsų struktūrą, kad kvantinio taško režimu užfiksuotam lazeriui suteiktų greitą 60 GHz pasikartojimo dažnį. Tai leidžia QD lazeriui teikti paramą DWDM sistemoms ir sumažinti kanalų skersinį ryšį perduodant duomenis. Lazerio ertmė sukurta taip, kad telekomunikacijų O juostoje būtų galima naudoti 3 db optinį dažnių juostos plotį iki 2,2 terahercų. Plačiajuostės FM šukos generuojamos 1,35 mm ilgio ir 2,6 μm pločio lazerio ertme, o jos sienelės įterpimo efektyvumas yra didesnis nei 12 procentų.
Be bangolaidžio grupinės greičio dispersijos (GVD), FM šukų generavimas priklauso nuo netiesinių lazerio aktyviosios srities savybių, įskaitant erdvinį skylių deginimą, Kerr netiesiškumą ir keturių bangų maišymą. režimu užrakintas lazeris, kurio keturių bangų maišymo efektyvumas yra 5 dB, gali efektyviai generuoti FM šukas.
Lazeriai yra perspektyvi platforma generuoti amplitudės moduliuotus (AM) ir dažnio moduliuotus (FM) šukos kvantinius taškus (QD). Šių šukų mechanizmai yra skirtingi ir juos lemia lazerio stiprinimo dinamika. AM šukų formavimui reikalingas lėtas stiprinimas, kurį galima pasiekti naudojant mažą įpurškimo srovę į QD lazerio stiprinimo sekciją.
FM šukų formavimas priklauso nuo greito stiprinimo, kad būtų sukurtas didelis Kerr netiesiškumas ir keturių bangų maišymas. Tai galima pasiekti tiesiog kontroliuojant prisotinamojo absorberio stiprinimą ir nuokrypį. Kerr netiesiškumo inžinerija padeda dramatiškai padidinti 3 db optinį dažnių juostos plotį iki 2,2 terahercų.
Tyrėjai taip pat parodė, kaip dažnio moduliavimo (FM) šukų dažnių juostos plotis QD lazeryje gali būti padidintas sukūrus Kerr netiesiškumą be GVD inžinerijos. Tai buvo pasiekta pritaikant įtampą lazerio įsotinamajai sugerties daliai. Šis metodas taip pat sumažina gamybos proceso iššūkį, teigia mokslininkai. Dėl didžiulio Kerr netiesiškumo ir keturių bangų maišymosi savybių kvantinių taškų lazeriai labiau tinka FM šukų generavimui optinio ryšio juostoje nei įprasti kvantinių šulinių diodų lazeriai.
Palyginti su FM šukomis, sukurtomis kitomis integruotomis optinio dažnio šukų (OFC) technologijomis, tyrėjai nustatė, kad kvantinių taškų (QD) lazerinės FM šukos turi geresnes SWaP-C. Dėl plačiajuosčio FM šukos charakteristikų jos labiau tinka didelės talpos optinio ryšio sistemoms nei įprastos FM šukos. Be to, ši technologija yra suderinama su CMOS.